Este documento discute as propriedades mecânicas dos materiais, incluindo tração, flexão, impacto e dureza. Ele introduz os conceitos básicos dessas propriedades e como elas são avaliadas através de testes mecânicos.

1. Propriedades Mecânicas dos
Materiais
Profa. Dra. Daniela Becker

2. Sumário
Tração
Flexão
Impacto
Dureza

3. Objetivo
Introduzir os conceitos básicos associados
com as propriedades mecânicas dos
materiais;
Avaliar fatores que afetam as propriedades
mecânicas dos materiais;
Rever alguns dos testes básicos utilizados
para avaliar muitas destas propriedades.

4. Importância do estudo do comportamento
de mecânico de materiais
Aviões utilizam ligas de alumínio
de alta resistência e materiais
compósitos reforçados com fibras
de carbono e kevlar.
Os materiais utilizados em esportes precisam
ser leves, rígidos, resistentes e tenazes. Os
ensaios mecânicos permitem avaliar estas
propriedades.

5. Principais propriedades mecânicas
Resistência à tração
Elasticidade
Ductilidade
Dureza
Tenacidade

6. Como determinar as propriedades
mecânicas?
Através de ensaios mecânicos.
Utiliza-se normalmente corpos de prova
Utilização de normas técnicas para o
procedimento das medidas e confecção do
corpo de prova.

7. Tipos de tensões que uma estrutura esta
sujeita

8. Resistência à tração
É medida submetendo-se o
material à uma carga ou
força de tração,
gradativamente crescente,
que promove uma
deformação progressiva de
aumento de comprimento

9. Ensaio de tração - metais

11. Ensaio de Tração - Polímeros

12. Tensão
(MPa)
Tensão
(10
3
psi)
Comportamento dos polímeros
Deformação
Plástico
Elastômero
Frágil

13. Metais
Curva tensão vs deformação

14. Ensaio de Tração
A partir da curva de tensão deformação pode-
se obter os seguintes ensaios:
Módulo de elasticidade em tração ou de Young
Tensão e deformação no ponto de escoamento
Tensão máxima
Tensão e deformação na ruptura
Ductibilidade
Resiliência
Tenacidade

15. Algumas Definições
Empescoçamento
Polímeros Metais

16. Algumas Definições
Tensão de tração
F
Ao
σ =
Nominal
F
A
σ =
Real
Resistência à tração
É a máxima tensão tração suportada pela amostra
durante o ensaio

17. Algumas Definições
Deformação (ε)
Δl
lo
ε =
l = l lo
Ponto de escoamento – primeiro ponto na
curva tensão-tração no qual o aumento de
deformação ocorre sem um aumento na
tensão

18. Deformação Elástica e Plástica
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
Prescede à deformação plástica
É reversível
Desaparece quando a tensão é
removida
É praticamente proporcional à
tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)
Elástica
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
É provocada por tensões que ultrapassam
o limite de elasticidade
É irreversível porque é resultado do
deslocamento permanente dos átomos e
portanto não desaparece quando a tensão
é removida
Plástica

19. Algumas Definições - Metais

20. Tensão
Curva tensão vs deformação
Limite de resistência à tração
Limite de escoamento
Deformação
- Polímeros

21. Algumas Definições - Poímeros

22. Algumas Definições
Metais Resistência
a Tração

23. Algumas Definições
Módulo de Elasticidade
Relacionado com a rigidez
É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação
elástica resultante.
Está relacionado diretamente com as forças das
ligações interatômicas
σ
ε
E =

24. Módulo de Elasticidade

25. MÓDULO DE ELASTICIDADE
[E]
GPa 6
10 Psi
Magnésio 45 6.5
AlumÍnio 69 10
Latão 97 14
Titânio 107 15.5
Cobre 110 16
Níquel 207 30
Aço 207 30
Tungstênio 407 59
Módulo de Elasticidade para alguns
metais

26. Comparação entre propriedades

27. Algumas Definições
Ductibilidade - É a medida da extensão da
deformação que ocorre até a fratura
Alongamento Percentual Redução de área Percentual

28. Algumas de Definições
Tenacidade – é a capacidade de o material
absorver energia mecânica até a fratura
Área sob a curva

30. Algumas de Definições
Resiliência – é a capacidade de um material
absorver energia quando ele é deformado
elasticamente e depois, com o descarregamento,
ter essa energia recuperada

33. Tensão e deformação reais ou
verdadeiras
A curva de tensão x deformação
convencional, estudada anteriormente,
não apresenta uma informação real das
características tensão e deformação
porque se baseia somente nas
características dimensionais originais do
corpo de prova ou amostra e que na
verdade são continuamente alteradas
durante o ensaio.

34. Influência do Tempo e Temperatura

35. Exemplos
Ferro
PMMA

36. Aplicação

37. Flexão

38. Comportamento tensão-deformação
materiais cerâmicos
Não é avaliado por ensaio de tração:
É difícil preparar e testar amostras que possuam
a geometria exigida;
É difícil prender e segurar materiais frágeis;
As cerâmicas falham após uma deformação de
apenas 0,1%, o que exige que os corpos de
prova estejam perfeitamente alinhados.

39. Resistência à flexão
a a
b
d
L
Flexão com 3 pontos
D
X-Section
F Filme do ensaio
de flexão

40. Bending
Stress,
MPa
0.0010
0.0008
0.0006
0.0004
0.0002
0.0000
Bending Strain
Comportamento elástico
300
Aluminum Oxide
200
100
Soda-Lime Glass
0

41. Resistência ao impacto

42. Resistência aos Impacto
A capacidade de um determinado material de
absorver energia do impacto está ligada à sua
tenacidade, que por sua vez está relacionada com a
sua resistência e ductilidade
O ensaio de resistência ao choque dá informações
da capacidade do material absorver e dissipar essa
energia
Como resultado do ensaio de choque obtém-se a
energia absorvida pelo material até sua fratura,
caracterizando assim o comportamento dúctil-frágil

43. Ensaio de Impacto com pêndulos
Ensaios de impacto Izod ou Charpy
Amostras com ou sem entalhe

44. Ensaio de impacto com pêndulos
IZOD CHARPY

45. Exemplos de entalhe
Ensaio de impacto Charpy – ISO179-1
r=0,25mm r=1,00mm r=0,10mm

46. Influência do Entalhe

47. Ensaio impacto com pêndulos
A resistência ao impacto é quantificada em
termos de energia de impacto absorvida:
por unidade de espessura
por unidade de espessura ao longo do entalhe
para os CP entalhados
por unidade área da seção resistente do corpo
de prova

48. Curva resposta do ensaio de choque
O ensaio de
resistência ao
choque caracteriza
o comportamento
dos materiais
quanto à transição
do comportamento
dúctil para frágil
em função da
temperatura

49. Polímeros
São frágeis à baixas
temperaturas porque a
rotação dos átomos na
molécula requer
energia térmica
A maioria dos
polímeros apresentam
transição dúctil-frágil
que é geralmente
abaixo da ambiente

50. Materiais cristalinos
MATERIAIS CFC -
Permanecem dúcteis (não
apresenta transição dúctil-
frágil) porque nesta estrutura
há muitos planos de
escorregamento disponíveis
MATERIAIS CCC -
Apresentam uma transição de
frágil para dúctil em função da
temperatura

51. Dureza

52. Definição de dureza
É a medida da resistência de um material a
uma deformação localizada (por exemplo,
uma pequena impressão ou um risco)
Vantagens:
São simples e barato
ensaio é não destrutivo
Outras propriedades mecânicas podem ser
estimadas

53. Dureza
Vários ensaios:
Risco (escala de dureza de MOHS);
Ressalto (método SHORE);
Penetração (BRINNEL, VICKERS, ROCKWELL).

54. Por Risco – Dureza Mohs
Escala de dureza Mohs é uma tabela de 10
minerais padrões em que o anterior é riscado pelo
posterior na seguinte ordem:
talco, gipsita, calcita, fluorita, apatita, ortoclásio,
quartzo, topázio, safira e diamante.
Por tanto, ela serve para classificação de minérios
“in loco”, no campo ou em laboratório.
Este tipo de medida de dureza é de grande utilidade
na área de mineralogia e geologia, mas apresenta
pouco interesse na área de materiais e metalurgia.

55. Dureza por Penetração
No ensaio de dureza por
penetração, aplica-se
uma carga Q sobre a
superfície polida do
material a ser ensaiado
através de um
penetrador e mede-se a
marca deixada pelo
penetrador após a
remoção da carga.

56. Método Brinell (HB)
O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir
lentamente uma esfera de diâmetro “D” sobre uma
superfície plana, polida e limpa de um metal, através
de uma carga “Q” durante um tempo “T”.
Força Q
Ø da esfera
Cavidade permanente
causado pela esfera
2Q
HB
π

57. O diâmetro do penetrador de aço endurecido
(ou carbeto de tungstênio) é de 10,00mm;
As cargas variam entre 500 e 3000Kg
Durante o ensaio a carga é mantida
constante por um tempo específico (entre 10
e 30s)

58. Método Rockwell (HR)
Penetrador: Vários; o principal é um cone de
diamante.
O ensaio é baseado na profundidade de
penetração subtraída da recuperação
elástica.
Muito utilizado para medir a dureza de aços
duros (aços temperados ou aços temperados
+ revenidos)

61. 54 HRC – dureza Rockwell 54 escala C
64 HRA – dureza Rockwell 64 escala A
92 HRB – dureza Rockwell 92 escala B
Exemplo

62. 60
100
150
100
100
60
150
60
150
Cone de Diamante
Esfera de 1/16"
Cone de Diamante
Cone de Diamante
Esfera de 1/8"
Esfera de 1/16"
Esfera de 1/16"
Esfera de 1/8"
Esfera de 1/8"
A
B
C
D
E
F
G
H
K
Carga Principal (kgf)
Símbolo Penetrador

63. Dureza Vickers
Utiliza um penetrador de diamante, o que
torna o ensaio aplicável a todos os tipos de
materiais;
A área da impressão é proporcional à força
aplicada, o que torna o ensaio insensível à
força aplicada.

66. A impressão Shore é pequena e serve para medir
durezas de peças já acabadas ou usinadas. A máquina
shore é leve, portátil e pode, portanto, ser adaptada em
qualquer lugar, podendo com isso, medir a dureza de
peças muito grandes, impossíveis de serem colocadas
nas máquinas de dureza por penetração, como por
exemplo cilindros de laminação.
Dureza Shore

67. DUROMETRO SHORE MANUAL
(ANALÓGICO)

68. DUROMETRO SHORE MANUAL
(DIGITAL)

70. Fluência

71. Fluência (creep)
Quando um metal é solicitado por uma carga,
imediatamente sofre uma deformação elástica. Com
a aplicação de uma carga constante, a deformação
plástica progride lentamente com o tempo (fluência)
até haver um estrangulamento e ruptura do material
Velocidade de fluência (relação entre deformação
plástica e tempo) aumenta com a temperatura
Esta propriedade é de grande importância
especialmente na escolha de materiais para operar
a altas temperaturas

72. Fluência (Creep)
Fluência é definida como a deformação
permanente, dependente do tempo e da
temperatura, quando o material é submetido à
uma carga constante
Este fator muitas vezes limita o tempo de vida
de um determinado componente ou estrutura
Este fenômeno é observado em todos os
materiais, e torna-se importante à altas
temperaturas ( 0,4TF)

73. Fatores que afetam a fluência
Temperatura
Módulo de elasticidade
Tamanho de grão
Em geral:
Quanto maior o ponto de fusão, maior o módulo de
elasticidade e maior é a resist. à
fluência.
Quanto maior o o tamanho de grão maior é a resist. à
fluência.

74. Ensaio de fluência
É executado pela aplicação de
uma carga uniaxial constante a
um corpo de prova de mesma
geometria dos utilizados no
ensaio de tração, a uma
temperatura elevada e constante
O tempo de aplicação de carga é
estabelecido em função da vida
útil esperada do componente
Mede-se as deformações
ocorridas em função do tempo (
x t)

75. Curva ε x t

76. Fadiga

77. Fadiga
É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas
estruturas sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas
Nessas situações o material rompe com tensões
muito inferiores à correspondente à resistência à
tração (determinada para cargas estáticas)
É comum ocorrer em estruturas como pontes,
aviões, componentes de máquinas
A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil
mesmo em materiais dúcteis.

78. Fadiga
A fratura ou rompimento do material por fadiga
geralmente ocorre com a formação e propagação
de uma trinca.
A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição
estrutural ou de composição e/ou de alta
concentração de tensões (que ocorre geralmente na
superfície)
A superfície da fratura é geralmente perpendicular à
direção da tensão à qual o material foi submetido

79. Fadiga
Os esforços alternados que podem levar à fadiga
podem ser:
Tração
Tração e compressão
Flexão
Torção,...

80. A curva -n representa a tensão versus número de ciclos
para que ocorra a fratura.
Normalmente para n utiliza-se escala logarítmica

81. Limite de resistência à
fadiga (σRf): em
certos materiais
(aços, titânio,...)
abaixo de um
determinado limite de
tensão o material
nunca sofrerá ruptura
por fadiga.
Para os aços o limite de
resistência à fadiga
(σRf) está entre 35-
65% do limite de
resistência à tração.

82. Resistência à fadiga
(σf): em alguns
materiais a tensão na
qual ocorrerá a falha
decresce
continuamente com o
número de ciclos
(ligas não ferrosas:
Al, Mg, Cu,...).
Nesse caso a fadiga é
caracterizada por
resistência à fadiga